JP2004114058A

JP2004114058A - 半凝固金属の成形方法と射出装置

Info

Publication number: JP2004114058A
Application number: JP2002277511A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Sato; 佐藤　智; Hiroyuki Kawada; 河田　博之; Hiroto Sasaki; 佐々木　寛人; Yasunori Harada; 原田　康則
Original assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Current assignee: Ube Machinery Corp Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】煩雑な方法をとることなく、凝固層の製品への混入を容易に防ぐことのできる半凝固金属の成形方法と射出装置を提供する。
【解決手段】射出スリーブ内を摺動する射出チップの先端部が該射出スリーブ内径より細径部を有する凸状射出チップを用い、固相率が３０〜７０％の半凝固金属を該射出スリーブ内に装填した後、該射出チップを前進させながら金型キャビティ部に射出充填成形する半凝固金属の成形方法であって、該射出スリーブ内に装填された半凝固金属が、該射出スリーブ内周壁面と接触した際に半凝固金属中に生成する凝固層を該射出スリーブと該凸状射出チップ間の刻設空洞部で捕捉しながら射出成形を行うようにした。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半凝固金属の成形方法および射出装置に係り、特に、射出チップの先端部を細径状に刻設した凸状のチップにし、射出スリーブと該凸状チップ間に刻設空洞部を設けることにより、射出スリーブの中央部域に位置する半凝固金属の方が射出スリーブの内壁面側に位置する半凝固金属よりも優先的に金型キャビテイ部内に充填されるとともに、充填時に半凝固金属中に生成した凝固層を刻設空洞部に捕捉するようにした半凝固金属の成形方法および射出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来から用いられていた射出チップの縦切断断面図である。一般に液体と固体が共存する状態で金属を成形する半凝固金属の成形法は、従来の鋳造法に比べて鋳造欠陥や偏析が少なく、金属組織が均一であるために機械的性質が優れること、成形サイクルが短いなどの利点があり、最近注目されている技術である。このような半凝固金属を成形する場合、半凝固金属を金属製の射出スリーブ内に挿入され、その後射出チップが上昇することで金型キャビテイ部に射出充填される。
【０００３】
半凝固金属を射出スリーブに装填した時に該射出スリーブの内壁面に接触することで該半凝固金属の温度は更に低下して固相率が高くなるために、成形時に凝固層が製品の中に混入することになる。このようなことを防止するために、ビスケット部から製品部につながるランナ部の面積を絞るなどの対策が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した方法では完全に製品への混入を防ぐことができない。また、ランナ部の面積を絞りすぎると金型キャビテイ部に半凝固金属を充填した後の加圧効果が小さくなり、引け巣が発生し易くなるといった欠点があった。
【０００５】
本発明は前述した問題点に鑑みてなされたものであり、煩雑な方法をとることなく、凝固層の製品中への混入を容易に防ぐことのできる半凝固金属の成形方法と射出装置を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上述の課題を解決するため、第１の発明では射出スリーブ内を摺動する射出チップの先端部が該射出スリーブ内径より細径部を有する凸状射出チップを用い、固相率が３０〜７０％の半凝固金属を該射出スリーブ内に装填した後、該射出チップを前進させながら金型キャビティ部に射出充填成形する半凝固金属の成形方法であって、該射出スリーブ内に装填された半凝固金属が、該射出スリーブ内壁面と接触した際に半凝固金属中に生成する凝固層を該射出スリーブと該凸状射出チップ間の刻設空洞部で捕捉しながら射出成形を行うようにした。
【０００７】
また、第１の発明を主体とする第２の発明では、Ｔｉを０．０５〜０．３０％添加したアルミニウム合金溶湯を該合金の液相線温度に対する過熱度を３０℃未満にして冷却治具を使用することなく直接保持容器に注湯し、３０秒〜３０分間保持して得られた半凝固金属を用いた。
【０００８】
第３の発明では、射出スリーブと該射出スリーブ内を摺動自在な射出チップとで構成された射出装置において、該射出チップは底辺部を有する基部上に該射出スリーブより細径の凸状のチップ部とで一体構成を成した。第３の発明を主体とする第４の発明では、該凸状のチップ部を直胴円柱または截頭円錐とした。
【０００９】
第３の発明を主体とする第５の発明では、該凸状射出チップと該射出スリーブの横切断断面形状を円形形状または多角形形状とした。さらに、第３の発明を主体とする第６の発明では、刻設した後の該凸状チップ部の体積（Ｖ１）と刻設前の該凸状チップ部と同一個所の射出チップ部の体積（Ｖ２）との体積比率（Ｖ１／Ｖ２）を７０〜９０％とした。
【００１０】
第３の発明を主体とする第７の発明では、該凸状チップ部の上端外周部と該射出スリーブの内周壁面との隙間距離を少なくとも３ｍｍとした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係わる半凝固金属の成形方法および射出装置の具体的実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は半凝固金属の成形装置の概要図、図２は本発明の凸状のチップ部を有する射出チップの縦切断断面図である。
【００１２】
図１と図２を用いて、射出スリーブ内で発生した凝固層の混入を防止する半凝固金属の成形方法について説明する。符号１１は射出スリーブ、１２は凸状射出チップ、１３は半凝固金属、１４（Ａ、Ｂ）は金型、１５は金型キャビティ部、１６は製品のランナ部、１７はビスケット部および１８は刻設空洞部である。
【００１３】
図２に示すように凸状射出チップ１２は射出スリーブ１１の内壁面に沿って上下摺動する基部１２ｂとこの基部１２ｂの上部に位置する凸状チップ部１２ａとで一体的に構成されている。
【００１４】
凸状チップ部１２ａに刻設するために、従来の射出チップ２１の上部域を刻設して刻設空洞部１８を形成したものであり、半凝固金属１３を射出スリーブ１１の中に装填した後、凸状射出チップ１２を上昇させながら半凝固金属１３を金型キャビティ部１５中に挿入する場合に、射出スリーブと接して冷却により生成した半凝固金属１３中の凝固層を製品の中に含有されなにいように確実に捕捉するために設けられたものである。
【００１５】
凸状チップ部１２ａは、図３に示す従来の射出チップ２１の上部域を射出スリーブ１１の内径より小さい細径状に刻設した直胴円柱形状または截頭円錐形状のものが使用され、特に半凝固金属１３中に生成した凝固層をスムースに捕捉するために截頭円錐形状のものが好ましい。
【００１６】
また、符号１２ｄは段部であり、基部１２ｂ上に位置する凸状チップ部１２ａの底部の直径と基部１２ａの直径との差異によって生じるものであり、基部１２ｂ上の段部１２ｄは水平であっても、基部１２ｂの中心部から外周方向に向かって多少傾斜した構成にしてもよい。
【００１７】
刻設した後の凸状チップ部１２ａの体積（Ｖ１）と刻設前の凸状チップ部１２ａと同一個所の射出チップ２１の体積（Ｖ２）とのチップ部の体積比率（Ｖ１／Ｖ２）は７０〜９０％が望ましい。
【００１８】
チップ部の体積比率（Ｖ１／Ｖ２）が７０％より小さいと刻設空洞部１８（Ｖ２−Ｖ１）の体積が大きくなり過ぎ、ビスケット部１７の製品歩留まりが悪くなる。逆にチップ部の体積比率（Ｖ１／Ｖ２）が９０％より大きいと刻設空洞部１８（Ｖ２−Ｖ１）の体積が小さくなり過ぎ半凝固金属１３を金型キャビティ部１５に射出充填する際、凝固層を捕捉できない。
【００１９】
また、図２に示す符号Ｓは凸状チップ部１２ａの上端外周部と射出スリーブ１１の円周壁面との隙間距離であり、Ｓが少なくとも３ｍｍ以上、実験から得られた知見では、望ましい範囲は３〜７ｍｍ程度がよい。
【００２０】
なお、３ｍｍ以下になると、凝固層が捕捉し難くなるとともに、射出後製品取出しとともに製品と金型１４（Ａ、Ｂ）がかじることになり、メタルの一部が残ることになり易い。
【００２１】
逆に、７ｍｍ以上になると凝固層は捕捉しやすくなるものの、ビスケット部１７の製品歩留まりが悪くなる。
【００２２】
本発明では、Ｔｉを０．０５〜０．３０％添加したアルミニウム合金溶湯を該合金の液相線温度に対する過熱度を３０℃未満にして冷却治具を使用することなく直接保持容器に注湯し、３０秒〜３０分間保持して得られた半凝固金属を用いた。ここで、Ｔｉを０．０５〜０．３０％添加した理由は、Ｔｉが０．０５％以下の場合は、球状結晶ができない。逆に０．３０％以上の場合は、Ｔｉ化合物が生成し延性が低下するためである。
【００２３】
このように構成された射出装置は、以下の如く作動する。まず、金型１４Ａと金型１４Ｂを型閉し、金型キャビティ部１５に半凝固金属１３が挿入可能な状態にしておく。
【００２４】
次いで、射出スリーブ１１は、図１に示す現状の実線位置から右側に傾転した状態で保持容器（図示略）中に保持されている半凝固金属１３が装填されている。引続き、図１に示す起立した状態に移動させた後、射出スリーブ１１が金型１４の下部に当接した状態になるまで上昇させる。
【００２５】
保持容器から射出スリーブ１１内に半凝固金属１３を装填される際、図１に示すように、凸状チップ部１２ａは射出スリーブ１１の下方部の実線で示す位置にあり、この状態で半凝固金属１３が射出スリーブ１１内に装填されると、半凝固金属１３が射出スリーブ１１の内周壁面と接触した部分は冷却されて凝固層が生成する。
【００２６】
この状態から凸状射出チップ１２を上昇させると、半凝固金属１３の中央部１３Ａは射出スリーブ１１に接する半凝固金属１３の外周部１３Ｂよりも優先的に金型キャビティ部１５に射出充填され、しかも射出スリーブ１１の内壁面に接する半凝固金属１３の外周部１３Ｂに生成した凝固層を空洞部１８に捕捉することで不純物がなく、高強度の製品を得ることができる。
【００２７】
半凝固金属１３を金型キャビティ部１５内に充填完了すると、次いで両金型１４（Ａ、Ｂ）を冷却する。この後、射出スリーブ１１と凸状チップ部１２ａは一緒に下部方向に後退させるとともに、金型１４（Ａ、Ｂ）を開いて製品を取出す。
【００２８】
【実施例】
本発明を実施した場合の発明例と比較例との対比を表１に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１中で、Ｎｏ．１〜４は本発明例を示し、Ｎｏ．５〜１０は比較例を示す。まず、本発明例では、截頭円錐状の刻設空洞部１８を有した凸状射出チップ１２ａと固相率３０〜７０％の半凝固金属を適用することにより、製品中の凝固層の含有率は零であった。
【００３１】
これに対して、比較例５では、チップ外周部の隙間距離（Ｓ）が小さいために凝固層が捕捉できなかった。また比較例６では、チップ外周部の体積比率が大きいために、凝固層は捕捉できてもビスケット部１７の製品歩留まりが悪かった。
【００３２】
比較例７ではチップ外周部の体積比率が小さいために半凝固金属１３を射出スリーブ１１に挿入したときに保持容器から射出スリーブ１１へ装填したとき元の形状を保つことができなかった。このため、半凝固金属１３と射出スリーブ１１の内周壁面との接触面積が増加し、その増加した分だけ、凝固層が増加した。
【００３３】
比較例８では、射出スリーブ１１の内周壁面と凸状射出チップ１２ａの上端外周部との隙間距離（図２中のＳ）が小さいために射出後製品取り出しのときに製品と金型がかじることになり、射出チップの基部１２ｂと射出スリーブ１１の隙間にメタルが残った。比較例９、１０では、液相率が高いために射出スリーブ１１に同時に半凝固金属が隙間入り込み、凝固層の対策にならなかった。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明では、刻設空洞部を有した凸状射出チップを用いることで、凝固層の混入のない高品質の製品を生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の凸状射出チップを用いた半凝固金属の成形装置の概要図である。
【図２】本発明の凸状のチップ部を有する射出チップの縦切断断面図である。
【図３】従来の射出チップの縦切断断面図である。
【符号の説明】
１１　　　　射出スリーブ
１２　　　　凸状射出チップ
１２ａ　　　　凸状チップ部
１２ｂ　　　　射出チップの基部
１２ｄ　　　　段部
１３　　　　　半凝固金属
１４（Ａ、Ｂ）　　　金型
１５　　　　　金型キャビティ部
１６　　　　ランナ部
１７　　　　ビスケット部
１８　　　　刻設空洞部
２１　　　　射出チップ

Claims

射出スリーブ内を摺動する射出チップの先端部が該射出スリーブ内径より細径部を有する凸状射出チップを用い、固相率が３０〜７０％の半凝固金属を該射出スリーブ内に装填した後、該射出チップを前進させながら金型キャビティ部に射出充填成形する半凝固金属の成形方法であって、該射出スリーブ内に装填された半凝固金属が、該射出スリーブ内壁面と接触した際に半凝固金属中に生成する凝固層を該射出スリーブと該凸状射出チップ間の刻設空洞部で捕捉しながら射出成形を行うようにしたことを特徴とする半凝固金属の成形方法。
Ｔｉを０．０５〜０．３０％添加したアルミニウム合金溶湯を該合金の液相線温度に対する過熱度を３０℃未満にして冷却治具を使用することなく直接保持容器に注湯し、３０秒〜３０分間保持して得られた半凝固金属を用いたことを特徴とする請求項１記載の半凝固金属の成形方法。
射出スリーブと該射出スリーブ内を摺動自在な射出チップとで構成された射出装置において、該射出チップは底辺部を有する基部上に該射出スリーブより細径の凸状のチップ部とで一体構成を成したことを特徴とする射出装置。
該凸状のチップ部を直胴円柱または截頭円錐としたことを特徴とする請求項３記載の射出装置。
該凸状射出チップと該射出スリーブの横切断断面形状を円形形状または多角形形状としたことを特徴とする請求項３記載の射出装置。
刻設した後の該凸状チップ部の体積（Ｖ１）と刻設前の該凸状チップ部と同一個所の射出チップ部の体積（Ｖ２）との体積比率（Ｖ１／Ｖ２）を７０〜９０％としたことを特徴とする請求項３記載の射出装置。
該凸状チップ部の上端外周部と該射出スリーブの内周壁面との隙間距離を少なくとも３ｍｍとしたことを特徴とする請求項３記載の射出装置。